月球
地球唯一的天然卫星
月球(英文名:Moon,拉丁文:Luna)又称月亮、太阴,是围绕地球旋转的唯一的天然卫星,也是离地球最近的天体。月球基本上是个圆球体,是太阳系中体积第五大的卫星,平均半径为1737千米,体积为地球的1/49;质量为地球的1/81。地月之间平均距离为384400千米。月球绕地球公转一周的时间是27.3日。月球一直以同一个半球面向地球的状态同步自转,因为地球对其产生了潮汐锁定。当月球运行到太阳相反方向,可发生月食现象。
简介
月球是地球的天然卫星,可能形成于约45亿年前,在地球形成后不久,有关它的起源有几种假说,得到更多事实证据支持的说法是它形成于地球火星般大小的天体——“忒伊亚”之间一次巨大撞击所产生的碎片,在地球外围聚集而形成的“大碰撞起源说”。
月球正面大量分布着由暗色的火山喷出的玄武岩熔岩流充填的巨大撞击坑,形成了广阔的平原,称为“月海”,实际上“月海”中一滴水也没有。月海的外围和月海之间夹杂着明亮的、古老的斜长岩高地和醒目的撞击坑。它是天空中除太阳之外最亮的天体,尽管它呈现非常明亮的白色,但其表面实际很暗,反射率仅略高于旧沥青。由于月球在天空中非常显眼,再加上规律性的月相变化,自古以来就对人类文化如神话传说宗教信仰哲学思想、历法编制、文学艺术和风俗传统等产生重大影响。
月球的自转公转的周期相等(称为潮汐锁定),因此月球始终以同一面朝向着地球。地球海洋潮汐的产生主要是由于月球引力的作用。由于地球海洋的潮汐作用力与地球自转的方向相反,地球的自转总是受到一个极其微弱的作用力在给地球自转“刹车”,长期积累下来,有充分的证据表明,地球的自转周期越来越慢,一天的时间极其缓慢地增长,大约几年增加1秒;由于地球的反作用力,使月球缓慢地距离地球越来越远,每一年远离地球大约3.8厘米。月球与太阳的大小比率与距离的比率相近,使得它的视大小与太阳几乎相同,在日食时月球可以完全遮蔽太阳而形成日全食
月球是第一个人类曾经登陆过的地外天体。1958年美国前苏联发射的月球探测器都宣告失败。1959年前苏联和美国分别成功发射了“月球号”和“先驱者号”月球探测器。1969年美国的阿波罗-11号实现了人类首次载人登月,相继阿波罗-12、14、15、16和17号实现载人登月,一共有12名美国宇航员登上月球开展科学考察、采集月球样品和埋设长期探测月球的科学仪器,共带回地球381.7千克月球样品,大大增长了人类对月球起源、演化的认识。迄今为止人类只有这12名美国宇航员登上了地球以外的天体。
2018年4月,NASA公布了一段由月球轨道探测器收集的数据制作而成的视频。这段视频中的数据由月球勘测轨道飞行器(LRO)历时九年收集而成。该探测器自2009年6月以来,一直在距月表上方50公里处对月球展开观察,捕捉月球表面前所未见的细节。
2019年1月3日10点26分,由中国发射的“嫦娥四号”探测器在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区成功着陆,世界第一张近距离拍摄的月背影像图通过“鹊桥”中继星传回地球,这揭开了古老月背的神秘面纱。
2019年1月3日,嫦娥四号月球车被命名为“玉兔二号”。
物理数据
轨道数据
平均轨道半径:384403千米;
轨道偏心率:0.0549;
近地点距离:363300千米;
远地点距离:405696千米;
平均公转周期:27.32天;
平均公转速度:1.023千米/秒;
轨道倾角在28.58°与18.28°之间变化;
升交点赤经:125.08°;
近地点辐角:318.15°;
默冬章:19年;
平均月地距离:384400千米;
交点退行周期:18.61年;
近地点运动周期:8.85年;
食年:346.6天;
沙罗周期:18年10/11天;
轨道与黄道的平均倾角:4°;
月球赤道与黄道的平均倾角:1°;
赤道直径:3476.2千米;
两极直径:3472.0千米;
扁率:0.0012;
表面积:3.79×107平方千米;
体积:2.199×1010立方千米;
质量:7.349×1022千克;
平均密度为水的3.350倍;
赤道重力加速度:1.622m/s2(地球的1/6);
逃逸速度:2.4千米/秒;
自转周期:27天7小时43分11.559秒(27.32天,同步自转);
自转速度:4.6267米/秒(月球赤道);
自转轴倾角:在3.60°与6.69°之间变化,与黄道的交角为1.5424°;
反照率:0.12;
满月时视星等:-13等;
表面温度(t):-180~150℃
大气压:1.3×10-10千帕。
月相周期
名称 数值(单位:天) 定义
恒星月27.321 661 相对于背景恒星
朔望月29.530 588 相对于太阳(月相)
分点月27.321 582 相对于春分点
近点月27.554 550 相对于近地点
交点月27.212 220 相对于升交点
月球的直径是地球平均直径的1/4,质量只是地球的1/81,引力是地球的1/6。
月球运动
公转
月球以圆形轨道绕地球运转。这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道,也不平行于黄道面,而且空间位置不断变化。周期27.32日。月球轨道(白道)对地球轨道(黄道)的平均倾角为5°09′。但是已知月球平均每年以3.8cm的速度逐渐与地球离去。
自转
月球在绕地球公转的同时进行自转,周期27.32166日,正好是一个恒星月,所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”,或“潮汐锁定”,几乎是太阳系卫星世界的普遍规律。一般认为是卫星对行星长期潮汐作用的结果。天平动是一个很奇妙的现象,它使得我们得以看到59%的月面。主要有以下原因:
(1)在椭圆轨道的不同部分,自转速度与公转角速度不匹配。
(2)白道与赤道的交角。
月球每小时相对背景星空移动半度,即与月面的视直径相若。与其他卫星不同,月球的轨道平面较接近黄道面,而不是在地球的赤道面附近。相对于背景星空,月球围绕地球运行(月球公转)一周所需时间称为一个恒星月;而新月与下一个新月(或两个相同月相之间)所需的时间称为一个朔望月。朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间,本身也在绕日的轨道上前进了一段距离。
潮汐锁定
因为月球的自转周期和它的公转周期是一样的,所以地球上只能看见月球永远用同一面向着地球。自月球形成早期,地球便一直受到一个力矩的影响导致自转速度减慢,这个过程称为潮汐锁定。亦因此,部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量,其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球。同时地球的自转越来越慢,一天的长度每年变长15微秒。
章动
月球的轨道平面(白道面)与黄道面(地球的公转轨道平面)保持着5.145396°的夹角,而月球自转轴则与黄道面的法线成1.5424°的夹角。因为地球并非完全球形,而是在赤道较为隆起,因此白道面在不断进动(即与黄道的交点在顺时针转动),每6793.5天(18.5966年)完成一周。期间,白道面相对于地球赤道面(地球赤道面以23.45°倾斜于黄道面)的夹角会由28.60°(即23.45°+5.15°)至18.30°(即23.45°-5.15°)之间变化。同样地,月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎6.69°(即5.15°+1.54°)及3.60°(即5.15°-1.54°)。月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角,使它出现±0.00256°的摆动,称为章动
天平动
从地球上看月亮,看到的月球表面并不是正好它的一半,这是因为月球像天平那样摆动。地球上的观测者会觉得:在月球绕地球运行一周的时间里,月球在南北方向来回摆动,即在维度的方向像天平般的摆动,这被称为“纬天平动”,摆动的角度范围约6°57′;月球在东西方向上,即经度方向上来回摆动的现象,被称为“经天平动”,摆动角度达到7°54′。除去这两种主要的天平动,月球还有周日天平动和物理天平动,前三种天平动都并非月球在摆动,是因为观测者本身与月球之间得相对位置发生变化而产生的现象。只有物理天平动是月球自身在摆动,而且摆动得很小。
由于月球轨道为椭圆形,当月球处于近地点时,它的自转速度便追不上公转速度,因此我们可见月面东部达东经98度的地区,相反,当月处于远地点时,自转速度比公转速度快,因此我们可见月面西部达西经98度的地区。这种现象称为天秤动。又由于月球轨道倾斜于地球赤道,因此月球在星空中移动时,极区会作约7度的晃动,这种现象称为天秤动。再者,由于月球距离地球只有60地球半径之遥,若观测者从月出观测至月落,观测点便有了一个地球直径的位移,可多见月面经度1度的地区。
月球对地球所施的引力是潮汐现象的起因之一。月球围绕地球的轨道为同步轨道,所谓的同步自转并非严格。
严格来说,地球与月球围绕共同质心运转,共同质心距地心4700千米(即地球半径的3/4处)。由于共同质心在地球表面以下,地球围绕共同质心的运动好像是在“晃动”一般。从地球南极上空观看,地球和月球均以顺时针方向自转;而且月球也是以顺时针绕地运行;甚至地球也是以顺时针绕日公转的,形成这种现象的原因是地球、月球相对于太阳来说拥有相同的角动量,即“从一开始就是以这个方向转动”。
地月相互作用
地球与月球互相绕着对方转,两个天体绕着地表以下1600千米处的共同引力中心旋转。月球的诞生,为地球增加了很多的新事物。
月球绕着地球公转的同时,其特殊引力吸引着地球上的水,同其共同运动,形成了潮汐。当月亮到达近地点时,朔望大潮比平时还要更大,这时的大潮被称为近地点朔望大潮。潮汐对地球早期水生生物向陆生生物进化有积极影响。
很久以前,地球昼夜温差较大,温度在水的沸点与凝点之间,不宜人类居住。然而月球其特殊影响,对地球海水的引力减慢了地球自转,使地球自转和公转周期趋向合理,带给了我们宝贵的四季,减小了温度差,从而适宜人类居住。
地球上之所以看到月球的半面,这是因为月球的自转周期和公转周期严格相等。太阳系绝大多数行星的卫星的自转周期和公转周期严格相等。月球在地球引力长期的作用下,它的质心已经不在其几何中心,而是在靠近地球的一边,因此月球相对于地球的引力势能就变得最小,在月球绕地球公转的过程中,月球的质心永远朝向地球的一边,就好像地球用一根绳子将月球绑住了一样。太阳系的其他卫星也存在这样的情况,所以卫星的自转周期和公转周期相等并非巧合,而是有着内在的因素。
地震和月球到底有没有关系?这是近百年来始终困扰科学家的问题。如今,日本防灾科学研究所和美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员组成的联合研究小组终于证实:月球引力影响海水的潮汐,在地壳发生异常变化积蓄大量能量之际,月球引力很可能是地球板块间发生地震的导火索。10月22日,著名的美国《科学》杂志发表了他们的研究成果。
月球引力影响海水的潮起潮落,地球本身在月球引力的作用下也发生变形。研究发现,地震的发生与断层面潮汐压力处于高度密切相关,猛烈的潮汐在浅断层面施加了足够的压力从而会引发地震。当潮很大,达到大约2~3米时,3/4的地震都会发生,而潮汐越小,发生的地震的几率也越少。猛烈的潮汐在地震的引发过程中发挥了很大的作用,地震发生的时间会因潮汐造成的压力波动而提前或推迟。
月球诞生
成因探讨
月球的起源莫衷一是。对月球的起源,历史上大致有三大派。而后期则在各种说法的基础上,结合新的研究结果而新形成了“大碰撞说”
分裂说
这是最早解释月球起源的一种假设。早在1898年,著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出,月球本来是地球的一部分,后来由于地球转速太快,把地球上一部分物质抛了出去,这些物质脱离地球后形成了月球,而遗留在地球上的大坑,就是太平洋。
这一观点很快就受到了一些人的反对。他们认为,以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。再说,如果月球是地球抛出去的,那么二者的物质成分就应该是一致的。可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析,发现二者相差非常远。月球表面岩石的年龄极其古老,全月球表面岩石的年龄介于30亿~42亿年之间,地球表面最古老的岩石年龄,只限于个别地区出露的38亿年的古老变质岩,而太平洋洋底岩石的年龄极其年轻,完全与“分裂说”的理论相违背。
俘获说
这一假设认为,月球本来只是太阳系中的一颗月球大小的小行星,有一次,因为运行到地球附近,被地球的引力所俘获,从此再也没有离开过地球。还有一种接近俘获说的观点认为,地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起,久而久之,吸积的东西越来越多,最终形成了月球。但也有人指出,像月球这样大的星球,地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。
同源说
这一假设认为,地球和月球都是太阳系中弥漫的星云物质,几乎在同一个太阳星云的区域经过旋转和吸积,同时形成大小不同的天体。在吸积过程中,地球比月球相应要快一点,成为“哥哥”。这一假设也受到了客观事实的挑战。通过对“阿波罗”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析,地球和月球的平均化学成分差别很大,人们发现月球的岩石也要比地球的岩石古老得多。
大碰撞说
关于月球的起源,20世纪80年代后主要为“大碰撞说”,太阳系诞生的早期,行星的轨道因受木星和土星的引力影响而快速演变。有一个大小和火星近似的名为忒伊亚(Theia)的天体与形成不久的地球遭遇,发生偏心碰撞。该天体和幼年地球的一部分地幔被反弹到太空,碎片快速地重新聚集成为月球。
这一假设认为,太阳系演化早期,在太阳系空间曾形成大量的“星子”,先形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体星子,星子通过互相碰撞、吸积而长合并形成一个原始地球。这两个天体在各自演化过程中,分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。由于这两个天体相距不远,因此相遇的机会就很大。
一次偶然的机会,忒伊亚以每秒5千米左右的速度撞向地球。剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态,使地球的自转轴倾斜,而且还使忒伊亚被撞击破裂,硅酸盐壳和幔受热蒸发,膨胀的气体以极大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。这些飞离地球的物质,主要由碰撞体的幔组成。受到巨大撞击的地球,绝大部分也是地幔和地壳物质受热蒸发,膨胀的气体以极大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。在撞击体破裂时与幔分离的金属核,因受膨胀飞离的气体所阻而减速,大约在4小时内被吸积到地球上。飞离地球的气体和尘埃,并没有完全脱离地球的引力控制,通过相互吸积而结合起来,形成几乎熔融的月球,或者是先形成一个环,在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。这个版本被普遍认可。
这个模型清晰地说明了,月球的平均成分与地球的平均成分相比较,月球相对贫铁、贫挥发分,月球的密度比地球低。具有地球和月球“基因”对比特征的某些元素的同位素组成,如氧、铬、钛、铁、钨、硅等的同位素组成,月球与地球的测定值在误差范围内相一致,表明月球是地球的“女儿”。45亿年来,地球一直携带着自己的女儿在身边,而月球也一直伴随着自己的母亲,共同经历了45亿年漫长而荒古的年代。
岩浆洋模型
关于月球起源与演化,前期科学家基于对月球正面样品研究,建立了月球岩浆洋模型。该模型提出,月球形成初期发生了全球性熔融,形成了大范围的岩浆洋。随着岩浆洋冷却结晶,密度较低的矿物上浮形成月壳,密度较高的矿物下沉形成月幔,残余熔体富集不相容元素,形成月壳和月幔间的克里普物质层。
结构特征
从月震波的传播了解到月球也有与地球类似核、幔、壳、壤等圈层结构。
月核
月球最内部是月核。月核半径约为330-350公里,仅占月球质量的1-2%(地核则占地球质量的33%),显得非常之小。根据月震波数据和磁场测量,月核的温度预计在1000-1500℃,所以很可能是熔融状态的,据推测是由Fe-Ni-S和榴辉岩物质构成。月球没有一个全球性的磁场,只有局部的磁异常,这也间接证明了其月核尺寸小、对流弱,无法像地球的液态外核那样通过“发电机效应”产生强大的全球磁场。
月幔
月核上方是月幔,它占了月球的大部分体积。它主要由富含铁和镁的硅酸盐矿物(如橄榄石和辉石)构成。月幔是月球内部结构的主体,但其物质非常坚硬,对流极其微弱或已停止。科学家认为,月球在约30亿年前曾存在大规模的火山活动,喷发出的玄武岩浆就源于月幔上部,但这些活动如今已基本熄火。
月壳
最外层的月壳平均厚度约为60~64.7公里。但它的分布极不均匀:面向地球的正面月壳较薄(约50公里),而背向地球的背面月壳则厚得多(最厚处可达100公里)。这种不对称性可能与月球早期的岩浆洋结晶过程或地球的引力影响有关。月壳主要由富含钙和铝的长石矿物(形成明亮的“月陆”区域)和玄武岩(形成暗色的“月海”区域)构成。月球没有活跃的板块运动是月球与地球最根本的结构差异之一。地球的岩石圈被撕裂成多个板块,在地幔对流的作用下不断漂移、碰撞和俯冲,从而引发了地震、火山和造山运动。而月球的岩石圈是一个连续、完整的刚性整体,没有板块构造。这意味着月球无法通过板块运动来释放其内部积攒的应力,其地质活动在数十亿年前就已基本停滞。
月壤
月壤,科学上更准确地称为月球风化层,是指覆盖在月球固体基岩之上的一层未固结的细粒碎屑物质。它并非地球意义上的“土壤”,因为它完全缺乏有机质、水分和空气,但其在月球圈层结构中作为内部圈层与外部空间的界面,这与地球的土壤圈有相似之处。月壤成分直接源自下伏的月球岩石圈(主要是月壳),由基岩经撞击破碎产生。月壤独特的结构和形态主要受外部因素塑造,特别是微陨石轰击、太阳风粒子注入、宇宙射线辐射等太空风化作用。月壤圈在全球范围内连续分布,但其厚度、成分和成熟度存在显著的区域性差异。
物理特性
超高真空
月球的质量较小,其引力不足以抓住气体分子,因此它无法维持一个稳定的大气层。虽然偶尔会有来自太阳风的微量气体或因放射性衰变释放的氡、氦等气体,但其表面大气压强仅约为地球的百亿分之一,属于超高真空状态。这意味着声音无法传播,因为没有介质可以传递声波。月球上也没有天气变化,没有风、没有云、更没有雨雪,没有风化作用来改变地貌。失去了大气层的保护,来自太空的陨石撞击会更多,形成了众多的撞击环形山
极端温度
由于没有大气层和液态水来循环和调节热量,月球的表面温度完全取决于它是否被阳光照射。这导致了太阳系中最极端的温差之一。月球白昼高温,在月球的赤道地区,当太阳直射时,表面温度可以急剧上升至约127°C。月球黑夜酷寒,当长达14个地球日的黑夜降临时,月球失去了太阳辐射,地表温度会降至约-173°C。这种超过300度的温差,对月球探测器、月球车以及未来月球基地的材料和温控系统提出了极其严峻的挑战。极大的温差导致岩石因热胀冷缩而破裂、崩解,这是形成月壤的重要辅助过程。
强辐射
地球的生命之所以能繁衍生息,得益于厚厚的大气层和全球性磁场的保护,它们能偏转或吸收绝大部分来自太阳和宇宙深处的高能辐射。然而,月球既没有大气层,也没有磁场。强辐射会直接轰击月球表面,对任何暴露在外的生命体造成严重伤害,同时也会损害电子设备,甚至诱发材料变性。因此,未来的月球驻留任务,必须建设在月壤之下或拥有厚重的辐射防护罩内。另外,宇宙射线会与月壤物质发生核反应,产生可用于测定月表暴露年龄的宇宙成核因素。
缺乏全球磁场
月球缺乏一个全球性的偶极磁场,这是其与地球在内部分异与演化路径上存在根本差异的关键体现。月球形成初期可能曾存在由发电机效应驱动的全球磁场,但其强度在距今约数十亿年前便已显著衰减并最终消失。当前的科学共识认为,这主要归因于月球核心的尺寸过小及其热演化历史。相较于地球,月核相对较小且主要由铁镍构成,其外围包裹着厚实的硅酸盐幔。这种小尺寸导致其内部热量的散失速率较快,加之可能缺乏足够数量的放射性生热元素来持续提供热源,使得月核在演化早期便迅速冷却。核心的冷却致使液态外核部分或完全固化,对流活动随之减弱乃至停止,从而无法维持持续的发电机效应,全球磁场因此消亡。
月球缺乏全球磁场所带来的后果是深远且多方面的,它从根本上塑造了月球当前的面貌与环境。最直接的后果是月球表面完全暴露在来自太阳风、银河宇宙射线和太阳耀斑事件的高能粒子流之中。这些带电粒子未经磁场偏转便直接轰击月表,不仅被月壤颗粒捕获,改变了月壤的表面化学性质,还通过溅射等过程持续引发“太空风化”,使得月壤层在微观结构上富含非晶质层和纳米级金属铁颗粒。其次,缺乏磁场保护使得太阳风能够直接作用于月球极其稀薄的、被称为“外大气层”的气体层。太阳风粒子,特别是其中的高能质子,能够通过碰撞和溅射等机制,为这些中性原子和分子提供超过月球逃逸速度的能量,从而导致大气成分持续而稳定地散失到行星际空间中。这一过程有效地抑制了任何可能存在的、更为稳定的大气层的形成与维持。
地形地貌
月球表面有阴暗的部分和明亮的区域,亮区是高地,暗区是平原或盆地等低陷地带,分别被称为月陆月海。除了撞击坑,月面上也有普通的山脉。月球高山和深谷叠现,别有一番风光。
月球背面的结构与正面差异较大。月海所占面积较少,而撞击坑则较多。地形凹凸不平,起伏悬殊,最长和最短的月球半径都位于背面,有的地方比月球平均半径长4公里,有的地方则短5公里(如范德格拉夫洼地)。背面的月壳比正面厚,最厚处达150公里,而正面月壳厚度只有60公里左右。
环形山(撞击坑)
环形山这个名字是伽利略·伽利雷起的。是月面的显著特征,几乎布满了整个月面。月面明亮的部分是山脉,那里层峦叠嶂,山脉纵横,到处都是星罗棋布的环形山,即撞击坑,这是一种环形隆起的低洼形。最大的撞击坑是南极附近的贝利环形山,直径295千米,比海南岛还大一点。小的环形山甚至可能是一个几十厘米的坑洞。直径不小于1000米的大约有33000个。占月面比表面积的7%~10%。
有个日本学者1969年提出一个撞击坑分类法,分为克拉维型(古老的撞击坑,一般都面目全非,有的撞击坑有中央峰)哥白尼型撞击坑。年轻的撞击坑,常有撞击作用引起大量月球表面的岩石向四周溅射,溅射出来的大量岩石碎块高速在月面抛射和滚动,改变了月面原有的地形地貌和表面土壤的结构与颜色,形成明显的“辐射纹”,内壁一般带有同心圆状的段丘,中央一般有中央峰。种类有阿基米德型(环壁较低,可能从哥白尼型演变而来)、碗型或酒窝型(小型撞击坑,有的直径不到3米)。
撞击坑的形成现有两种说法:“撞击说”与“火山说”。“撞击说”是指月球因被其他小行星撞击而有现今人类所看到的撞击坑。“火山说”是指月球上本有许多火山,最后火山爆发而形成了火山喷发口。
以中国人名命名的有十四座万户环形山,祖冲之环形山,毕昇环形山,蔡伦环形山,张钰哲环形山,石申环形山,张衡环形山,郭守敬环形山正面高平子环形山,沈括环形山,刘徽环形山,宋应星环形山,裴秀环形山,徐光启环形山
嫦娥三号着陆地命名为广寒宫附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“天市”、“太微”。
嫦娥四号着陆地命名为天河基地,周围呈三角形排列的三个环形坑,分别命名为织女、河鼓和天津;着陆点所在冯·卡门坑内的中央峰命名为泰山。
嫦娥五号着陆地命名为天船基地,山峰命名为华山,衡山
嫦娥环形山,景德环形山(男性),万玉月溪和宋梅月溪,
撞击坑的形成现有两种说法:“撞击说”与“火山说”。
撞击说”是指月球因被其他小行星撞击而有现今人类所看到的撞击坑。
火山说”是指月球上本有许多火山,最后火山爆发而形成了火山喷发口。
月海
在地球上的人类用肉眼所见月面上的阴暗部分实际上是月面上的广阔平原。早期的天文学家在观察月球时,以为发暗的地区都有海水覆盖,因此把它们称为“海”。由于历史上的原因,这个名不副实的名称保留下来。
已确定的月海有22个,此外还有些称为“月海”或“类月海”的地形。公认的22个绝大多数分布在月球正面。背面有3个,4个在边缘地区。在正面的月海面积略大于50%,其中最大的“风暴洋”面积约五百万平方千米,差不多九个法国的面积总和。大多数月海大致呈圆形,椭圆形,且四周多为一些山脉封闭住,但也有一些海是连成一片的。除了“海”以外,还有五个地形与之类似的“湖”——梦湖死湖夏湖秋湖春湖,但有的湖比海还大,比如梦湖面积7万平方千米,比汽海等还大得多。月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”,都分布在正面。湾有五个:露湾、暑湾、中央湾虹湾眉月湾;沼有三个:腐沼疫沼梦沼,其实沼和湾并无本质区别。
月海的地势一般较低,类似地球上的盆地,月海比月球平均水准面低1~2千米,个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米。月面的反照率(一种量度反射太阳光本领的物理量)也比较低,因而看起来显得较黑。
这是月球上主要的二十几个月海:
除了这些月海,月球上还有一些较低的广阔平原,包括:
月陆和山脉
月面上高于月海的地区称为月陆,一般比月海水准面高2~3千米,由于它返照率高,因而看来比较明亮。在月球正面,月陆的面积大致与月海相等但在月球背面,月陆的面积要比月海大得多。从同位素测定知道月陆比月海古老得多,是月球上最古老的地形特征。
在月球上,除了犬牙交差的众多撞击坑外,也存在着一些与地球上相似的山脉。月球上的山脉常借用地球上的山脉名,如阿尔卑斯山脉,高加索山脉等等,其中最长的山脉为亚平宁山脉,绵延1000千米,但高度不过比月海水准面高三四千米。山脉上也有些峻岭山峰,过去对它们的高度估计偏高。如今认为大多数山峰高度与地球山峰高度相仿。1994年,美国的克莱门汀月球探测器曾得出月球最高点为8000米的结论,根据“嫦娥一号”获得的数据测算,月球上最高峰高达9840米。月面上6000米以上的山峰有6个,5000~6000米20个,3000~6000米则有80个,1000米以上的有200个。月球上的山脉有一普遍特征:两边的坡度很不对称,向海的一边坡度甚大,有时为断崖状,另一侧则相当平缓。这是由于小天体高速撞击月面,强大的撞击能量使月球表面的岩石气化、熔融、破碎并溅射,挖掘出一个巨大的撞击坑或撞击盆地,撞击体的巨大撞击能量在撞击坑底部产出一系列断层和裂缝,诱发月球内部的玄武岩浆的喷发和溢出,形成暗色的月海盆地。被抛射出撞击坑的各种溅射物质,降落在月海外围的不同距离内,形成了月海外侧平缓的坡度。
除了山脉和山群外,月面上还有四座长达数百千米的峭壁悬崖。其中三座突出在月海中,这种峭壁也称“月堑”。
月面辐射纹
月面上还有一个主要特征是一些较“年轻”的环形山常带有美丽的“辐射纹”,这是一种以环形山为辐射点的向四面八方延伸的亮带,它几乎以笔直的方向穿过山系、月海和环形山。辐射纹长度和亮度不一,最引人注目的是第谷环形山的辐射纹,最长的一条长1800千米,满月时尤为壮观。其次,哥白尼和开普勒两个环形山也有相当美丽的辐射纹。据统计,具有辐射纹的环形山有50个。
形成辐射纹的原因还没有定论。实质上,它与环形山的形成理论密切联系。许多人都倾向于小天体撞击说,认为在没有大气和引力很小的月球上,小天体撞击可能使高温碎块飞得很远。而另外一些科学家认为不能排除火山的作用,火山爆发时的喷射也有可能形成四处飞散的辐射形状
月谷
地球上有着许多著名的裂谷,如东非大裂谷。月面上也有这种构造——那些看来弯弯曲曲的黑色大裂缝即是月谷,它们有的绵延几百到上千千米,宽度从几千米到几十千米不等。那些较宽的月谷大多在月陆上较平坦的地区,而那些较窄、较小的月谷(有时又称为月溪)则到处都有。最著名的月谷是在柏拉图环形山的东南连结雨海和冷海的阿尔卑斯大月谷,它把月球上的阿尔卑斯山拦腰截断,很是壮观。从太空拍得的照片估计,它长达130千米,宽10~12千米。
2014年10月5日,科学家在月球上发现一个隐藏于地下的巨形的方形结构。这一结构宽2500公里,科学家们认为这是一条古老的裂谷系统,后来其中充填了岩浆
火山遗迹
月球的表面被巨大的玄武岩(火山熔岩)层所覆盖。早期的天文学家认为,月球表面的阴暗区是广阔的海洋,因此,他们称之为“mare”,这一词在拉丁语中的意思就是“大海”,当然这是错误的,这些阴暗区其实是由玄武岩构成的平原地带。除了玄武岩构造,月球的阴暗区,还存在其他火山特征。最突出的,例如蜿蜒的月面沟纹、黑色的沉积物、火山园顶和火山锥
与地球火山相比,月球火山可谓老态龙钟。大部分月球火山的年龄在30亿~40亿年之间;典型的阴暗区平原,年龄为35亿年;最年轻的月球火山也有1亿年的历史。而在地质年代中,地球火山属于青年时期,一般年龄皆小于10万年。地球上最古老的岩层只有39亿年的历史,年龄最大的海底玄武岩仅有200万年。年轻的地球火山仍然十分活跃,而月球却没有任何新近的火山和地质活动迹象,因此,天文学家称月球是“熄灭了”的星球。
地球火山多呈链状分布。例如安底斯山脉,火山链勾勒出一个岩石圈板块的边缘。夏威夷岛上的山脉链,则显示板块活动的热区。月球上没有板块构造的迹象。典型的月球火山多在巨大古老的撞击坑底部。因此,大部分月球阴暗区都呈圆形外观。撞击盆地的边缘往往环绕着山脉,包围着阴暗区。
月球阴暗区主要在月球正面的一侧。几乎覆盖了这一侧的1/3面积。而在月球背面,阴暗区的面积仅占2%。然而,月球背面的地势相对更高,月壳也较厚。由此可见,控制月球火山作用的主要因素是地形高度和月壳厚度。
月球地质图
2022年6月,世界首幅1:250万月球全月地质图发布。据了解,该幅地质图由中国科学家团队研制,以中国嫦娥工程数据为基础,充分利用国际上其它月球探测数据和研究成果,其要素主要包括12341个撞击坑、81个撞击盆地、17种岩石类型、14类构造等。月球地质图系统表达了月壳表面地层、构造、岩性和年代学等方面的综合地质信息,反映了月球岩浆作用、撞击事件、火山活动等演化过程。
2024年4月21日,基于中国月球探测工程(嫦娥工程)科学探测数据编制的全球首套高精度月球地质图集,包括中英文版《1:250万月球全月地质图集》和《1:250万月球分幅地质图集》正式对外发布。其中,《1:250万月球全月地质图集》包含《1:250万月球全月地质图》《1:250万月球岩石类型分布图》和《1:250万月球构造纲要图》,《1:250万分幅地质图集》包含30幅月球标准分幅地质图。该图集已经集成至我国科学家搭建的数字月球云平台上,并服务于月球科学研究、科普教育以及我国未来月球探测工程的着陆区选址、月球资源勘查和路径规划。
月球天相
亮度
月球本身并不发光,只反射太阳光。月球亮度随日月间距离和地月间距离的改变而变化,满月时的亮度比上下弦要大十多倍。月球平均亮度为太阳亮度的1/465000,亮度变化幅度从1/630000至1/375000。满月时亮度平均为-12.7等。它给大地的照度平均为0.22勒克斯,相当于100瓦电灯在距离21米处的照度。月面不是一个良好的反光体,它的平均反照率只有9%,其余91%均被月球吸收。月海的反照率更低,约为7%。月面高地和环形山的反照率为17%,看上去山地比月海明亮.月球到地球的距离大约相当于地球到太阳的距离的1/400,所以从地球上看月亮和太阳几乎一样大。
月相
月相的更替周期是29.53天,称为一个朔望月。这个时间比月球公转的时间(恒星月)要长,因为当月球绕地球公转时,地球也在绕太阳公转,一个朔望月月球大约要绕(360+360*29.53/365.24)=389.11度(恒星月只绕360度)。
月相变化的顺序是:朔月(初一,不可见)- 蛾眉月(初三-初四,新月)- 上弦月(初七-初八)- 盈凸月(十一-十二)- 望月(十五-十六,满月)- 亏凸月(十七-廿二)- 下弦月(廿三-廿四)- 残月(廿五-廿九,亏眉月)- 晦月(三十,朔月前夕)。
月相变化歌:
初一朔月不可见,只缘身陷日地中。
初七初八上弦月,半轮圆月面朝西。
满月出在十五六,地球一肩挑日月。
二十二三下弦月,月面朝东下半夜。
月食
月食是一种特殊的天文现象。指当月球行至地球的阴影后时,太阳光被地球遮住。
也就是说,此时的太阳地球、月球恰好(或几乎)在同一条直线,因此从太阳照射到月球的光线,会被地球所掩盖。
以地球而言,当月食发生的时候,太阳和月球的方向会相差180°。要注意的是,由于太阳和月球在天空的轨道(称为黄道白道)并不在同一个平面上,而是有约5°的交角,所以只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近,才有机会连成一条直线,产生月食。
月食可分为月偏食月全食两种(没有月环食,因为地球比月球大)。当月球只有部分进入地球的本影时,就会出现月偏食;而当整个月球进入地球的本影之时,就会出现月全食。至于半影月食,是指月球只是掠过地球的半影区,造成月面亮度极轻微的减弱,很难用肉眼看出差别,因此不为人们所注意。
月球直径约为3476千米,大约是地球的1/4。在月球轨道处,地球的本影的直径仍相当于月球的2.5倍。所以当地球和月亮的中心大致在同一条直线上,月亮就会完全进入地球的本影,而产生月全食。而如果月球始终只有部分为地球本影遮住时,即只有部分月亮进入地球的本影,就发生月偏食。月球上并不会出现月环食,因为月球的体积比地球小的多。
太阳的直径比地球的直径大得多,地球的影子可以分为本影和半影。如果月球进入半影区域,太阳的光也可以被遮掩掉一些,这种现象在天文上称为半影月食。由于在半影区阳光仍十分强烈,月面的光度只是极轻微减弱,多数情况下半影月食不容易用肉眼分辨。一般情况下,由于较不易为人发现,故不称为月食,所以月食只有月全食和月偏食两种。
另外由于地球的本影比月球大得多,这也意味着在发生月全食时,月球会完全进入地球的本影区内,所以不会出现月环食这种现象。
每年发生月食数一般为2次,最多发生3次,有时一次也不发生。因为在一般情况下,月亮不是从地球本影的上方通过,就是在下方离去,很少穿过或部分通过地球本影,所以一般情况下就不会发生月食
据观测资料统计,每世纪中半影月食,月偏食、月全食所发生的百分比约为36.60%,34.46%和28.94%。
日食
在地球上观测到的日食,是月球的本体遮蔽太阳而在地球表面投下的阴影。当月球运行至太阳与地球之间的连线上时,从地球上的特定区域看,月球的视圆面与太阳的视圆面恰好或近乎重叠。月球轨道(白道)与地球轨道(黄道)之间存在一个倾角,这导致并非每次新月时期都会发生日食,仅当新月发生在黄白交点附近时,“三星一线”的条件才得以满足。
月球的阴影主要分为两个部分:一是完全无法接受到太阳直射光的本影,这是一个收敛的圆锥形阴影区;二是仅能接受到部分太阳光线的半影,这是一个发散的阴影区。本影接触到的地球表面区域将观测到日全食,此时月球视圆面完全遮蔽了光芒万丈的太阳光球层,使得白昼瞬间变成黑夜,人们得以观测到平时被光球层强光所掩盖的太阳外层大气——色球层和日冕。若观测者位于半影区内,则将观测到日偏食,即月球仅遮挡了太阳视圆面的一部分。此外,由于月球绕地轨道为椭圆形,其与地球的距离存在周期性变化。当月球位于远地点附近时,其视直径略小于太阳视直径,此时若月球的本影锥的顶点未能到达地球表面,则在地球上会出现一种特殊的日环食,即月球的视圆面无法完全覆盖太阳,而是在日面中央留下一圈明亮的光环。
合月
太阳系行星或其他明亮的天体与月球在夜空中近距离相会,这便是我们所说的 “合月”。对于太阳系行星来说,合月分为上合与下合。上合指的是行星位于太阳背面,三者顺序为地球-太阳-行星。;下合则是说行星位于日地之间,三者顺序为地球-行星-太阳。
在天文学上,“合” 是一个表示天体位置关系的术语。当两个天体在夜空中看起来非常接近,即它们的赤经(即天空中的“经度”)相同时,就称之为“合”。需要明确的是,“合”是一种视觉上的接近,源于我们从地球视角看到的二维投影。实际上,月球距离我们约38万公里,而像土星这样的外行星,在“合月”时距离我们可能超过10亿公里。它们之间在空间上的距离极其遥远,并没有物理上的交汇。“双星伴月”也是一种非常美丽的天象,它指的是月亮与两颗明亮的行星(或恒星)相合,构成一个有趣的几何图形。当夜空中最亮的两个行星——金星木星,与一轮弯月近距离汇聚时,便会构成一个巨大的、近乎等边的三角形,有时甚至像一张可爱的“笑脸”。除了金木组合,土星、火星等也常是“伴月”的嘉宾。
超级月亮
“超级月亮”指的是月球运行到近地点时恰好满月。月球的绕地轨道并非正圆,而是一个椭圆。因此,月球有时离地球近(近地点),有时离地球远(远地点)。当“满月”的时刻与月球运行到“近地点”的时刻非常接近时,我们从地球上看到的满月就会比平时更大、更亮一些,这便是“超级月亮”。
超级月亮究竟比普通满月大多少? 一个典型的超级月亮,其视直径比位于远地点的满月(也称为“迷你月亮”)大约14%,亮度提升约30%。虽然这个差异凭借肉眼不易精确分辨,但并排对比照片会非常明显。对于天文摄影爱好者来说,这是绝佳的拍摄时机。
蓝月
蓝月的天象与月亮的颜色无关。蓝月有两种常见的定义。
1. 季节蓝月:一个季节通常有3个满月。如果某个季节出现了4个满月,那么第3个满月就被称为“蓝月”。这是最早的定义。
2. 月份蓝月:这是现今更流行的定义。由于一个朔望月(月相周期)约为29.5天,而公历大部分月份是30或31天,因此公历一个月中通常只能容纳一个满月。如果一个月内出现了第二次满月,这第二次满月就被称为“蓝月”。
蓝月更多的是一个文化标志,例如西方有“Once in a blue moon”(意为千载难逢)的谚语。
人类的探月征程
自古以来,月球便是高悬于人类头顶的神秘天体,激起人类的无数遐想与探索欲望。从肉眼观测到亲临其上,人类的探月之路是一部波澜壮阔的科技史诗。
望远镜到太空船
人类的探月之旅始于仰望。17世纪初,伽利略首次将望远镜指向月球,绘制了第一幅月面素描,揭示了月球表面的环形山和“月海”,让月球从一个光滑的光球变成了一个真实、崎岖的世界。
然而,真正的飞跃发生在20世纪中叶的太空时代。1959年,苏联的“月球2号”探测器成功撞击月面,成为第一个到达月球的人造物体。紧随其后,“月球3号”传回了有史以来第一张月球背面的照片,揭开了其神秘面纱。这一系列成就标志着人类对月球的探索,从“遥望”进入了“触及”的新阶段。早期的探测器,无论是硬着陆、飞越还是绕月飞行,都为后续的载人登月积累了至关重要的数据和经验。
阿波罗计划
在冷战背景下的太空竞赛中,美国国家航空航天局(NASA)的“阿波罗计划”旨在“实现载人登月并安全返回地球”。1969年7月20日, “阿波罗11号”成功将两名宇航员送上了月球表面。直至1972年,“阿波罗计划”共成功执行了6次载人登月任务,12名宇航员踏上了月球的土地。他们带回了总计约382公斤的月球岩石和土壤样本,部署了科学实验设备,极大地深化了我们对月球成分、地质历史和形成演化的认识。
全球探月新纪元
在阿波罗计划之后,月球探索经历了一段相对沉寂的时期。但进入21世纪,一场新的探月热潮蓬勃兴起,参与者从传统的航天大国扩展到众多新兴航天国家。
中国的“嫦娥工程”是其中最系统、最成功的代表。从2007年“嫦娥一号”成功绕月,到2019年“嫦娥四号”实现人类探测器首次在月球背面软着陆,再到2020年“嫦娥五号”成功采样返回,中国以扎实的步伐,圆满完成了“绕、落、回”三步走战略,开启了月球探索的新篇章。与此同时,印度、日本、以色列以及欧洲航天局等也纷纷发射了各自的月球探测器。这一阶段的探月活动,科学目标更加明确,技术手段更加多样,国际合作也更加紧密,标志着探月活动进入了多元化、精细化的“全球探月新纪元”。
月球探测器
近年进展
2018年4月,NASA公布了一段由月球轨道探测器收集的数据制作而成的视频。这段视频中的数据由月球勘测轨道飞行器(LRO)历时九年收集而成。该探测器自2009年6月以来,一直在距月表上方50公里处对月球展开观察,捕捉月球表面前所未见的细节。
2019年5月16日,中国科学院国家天文台宣布,由该台研究员李春来领导的研究团队利用嫦娥四号探测数据,证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质。国际学术期刊《自然》(Nature)在线发布了这一重大发现。该发现为解答长期困扰国内外学者的有关月幔物质组成的问题提供了直接证据,将为完善月球形成与演化模型提供支撑。来自中科院国家天文台的消息称,嫦娥四号探测器实现了人类历史上首次对月球背面的软着陆就位探测,而此次基于探测数据的研究结果,则成功揭示了月球背面的物质组成,证实了月幔富含橄榄石的推论的正确性,加深了人类对月球形成与演化的认识。
当地时间2020年10月26日中午,美国国家航空航天局(NASA)的同温层红外天文观测台“索菲娅”(SOFIA)首次证实:月球的向阳面上存在水。这一发现表明水可能遍布月球表面,而不仅仅是以冰的形式存在于寒冷、阴暗的区域。
观测任务中,索菲娅在月面的“克拉维乌斯环形山”(Clavius Crater)上探测到了水分子(H2O)。克拉维乌斯环形山是月球上最大环形山之一,位于月球南半球,在地球上肉眼即可看到。观测数据显示,该环形山区域有浓度为0.001%~0.004%的水,大致相当于在每立方米的环形山表面土壤中,存有一瓶355毫升的瓶装水。这一研究结果,被发表于最新一期的学术期刊《自然天文学》上。
2021年10月8日,研究论文《嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分》在线发表在国际学术期刊《Science》上。这是以嫦娥五号月球样品为研究对象发表的首篇学术成果。证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动,为完善月球演化历史提供了关键科学证据。 2021年10月9日,《1:250万月球地质系列图》(以下简称月球地质系列图)通过专家评审。该月球地质系列图拥有中英文两个版本,包含1幅全月地质图、30幅分幅地质图,以及月球构造纲要图和岩石类型分布图。
2021年10月19日,中国科学院举行嫦娥五号月球样品研究成果发布会。中国科学院联合多家机构面向全世界发布,中国科学家揭示了月球晚期演化的奥秘——月球在距今约20亿年仍有岩浆活动,它不但比人们想象中更“长寿”,而且“长寿”的秘诀竟然和科学界以前设想的不同,既不是因为源区富集放射性生热元素,也不是因为岩浆源区富含水而降低了熔点。中国科学家通过嫦娥五号采回的月球样品发现,月球的岩浆活动一直持续到距今约20亿年,月球的寿命比此前推测的又延长了约8亿岁。通过对月球样品研究,测定年轻的玄武岩形成时间为20.30亿年,比人类以往认知延长了8亿年。
中科院国家空间科学中心科研团队基于“嫦娥四号”巡视器获取的具有超高空间分辨率的影像与光谱数据,首次在月表原位识别出年龄在1个百万年以内的碳质球粒陨石撞击体残留物。研究显示,比较年轻的月表物质(如“嫦娥五号”返回样品)中存在撞击体残留物的可能性。而对这些可能存在于“嫦娥五号”样品中撞击体残留物的直接分析,将对地月系统撞击体成分和类型的演变历史提供重要参考,并有望对太阳系轨道动力学演化进行进一步约束,增进关于内太阳系撞击历史的了解。相关研究成果日前在国际学术期刊《自然-天文》上发表。
2022年8月,以瑞士苏黎世理工大学为首的一个国际研究小组利用人工智能算法观察到月球上的永久阴影区。该人工智能有望“照亮”永久的阴影区,尤其是那些尽管旋转但自然阳光仍无法到达的区域。这项成果刊载于《地球物理研究快报》上。该小组已经调查了6个以上的潜在阿尔忒弥斯计划登月着陆点。
2022年9月,中国科学院地球化学研究所科研团队针对嫦娥五号月壤样品开展了研究,通过红外光谱和纳米离子探针分析,发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水,估算出太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为170ppm。该研究证实了月表矿物是水的重要“储库”,为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考。这一成果在国际学术期刊《自然·通讯》发表。
2022年10月22日,《科学进展》在线发表了嫦娥五号月壤样品的最新研究成果。中国科研人员提出新的月球热演化模型。
2022年10月31日,山东大学牵头完成的世界第一幅1:250万月球全月岩石类型分布图对外公布。
2023年1月,国家航天局公布了嫦娥五号月球样品的科研成果:团队对嫦娥五号采集的月壤样品进行了精确测量,其年龄为 20.3 亿年,这表明我国发现了迄今为止月球最年轻的火山活动时间。而此前科学界认为月球最年轻的火山活动是在大约30亿年前,在20世纪6、70年代由美国阿波罗6号带回的月壤研究得出。
2023年3月,中英学者在嫦娥五号月球样品中,测量到撞击玻璃珠中的水,平均水含量可高达0.05%。揭示出月壤中的撞击玻璃珠是一个储水宝库,它们可以维持月表水循环。
2023年5月,科学家们揭开了月球内部结构之谜,表明它具有与地球相似的流体外核和固体内核。其内核很可能是由铁组成的。
2023年9月1日,美国国家航空航天局(NASA)在其官网发布消息,称其“月球勘测轨道飞行器”(LRO)在月球表面拍摄到一个新的“陨石坑”,推测这可能由俄罗斯“月球-25”号探测器撞击造成。
2023年10月,嫦娥五号任务总设计师胡浩表示,嫦娥六号任务着陆区为月球背面南极-艾特肯盆地
2023年10月26日,一个国际团队新发布的研究显示,研究人员对美国阿波罗17号飞船登月任务采集的月球样品进行分析后发现,月球年龄至少已有44.6亿岁,这比科学家此前认为的要“年长”4000万岁。
2023年12月,中国第32次南极考察队员在南极格罗夫山发现了一块月球陨石(编号为GRV150357)。初步研究表明,这是一块复矿碎屑角砾岩,由来自月球高地和月海的不同岩石碎屑组成,是了解月壳的复杂岩性的理想对象,也是中国开展月球样品研究的重要补充对象。
北京时间2024年2月15日天黑后,人们用肉眼就可以在西南方高空看到月亮和木星相伴的天文景观,即木星伴月天象。届时木星位于月亮左下方位置,亮度能达到-2.3等。
2024年4月21日,全球首套高精度《1:250万月球全月地质图集》正式对外发布。该套图集由中国科研团队绘制,主要基于嫦娥工程科学探测数据是当时精度最高的全月地质“写真集”。
2024年8月,国际著名学术期刊《自然》发表一篇行星科学论文报告,研究人员利用印度“月船3号”任务数据对月球南极高纬度地区的月壤进行的分析表明,月球南极存在古代岩浆洋的遗迹。
2024年9月17日上午,我国“爱因斯坦探针”(简称EP)空间X射线天文台,从太空传回月亮的X射线照片。这些图像是由EP卫星上的“风行天”X射线望远镜(FXT)获得的,这也是中国科学家首次用自己研发的空间望远镜观测得到完整月亮的X光图像。
2025年2月28日,由国家航天局组织,中国地质科学院地质研究所离子探针中心牵头组成的联合研究团队,发布嫦娥六号月球背面样品最新研究成果,相关论文在国际学术期刊《科学》上发表。研究显示:月球背面和正面样品中玄武岩的成分相似,本次研究样品中玄武岩的主体形成年龄为28.23亿年,源区特征验证了月球岩浆洋模型,且表明形成南极-艾特肯盆地的撞击作用可能对月球早期月幔进行了改造。
2025年4月,汪在聪教授团队在国际期刊《地质学》发表了对嫦娥六号月球背面样品的系统研究成果,研究证实月球最大最古老的撞击盆地——南极—艾特肯盆地广泛地覆盖着“苏长质月壳”,该区域亏损放射性生热元素。这些成果解释了月球正反面“阴阳脸”是由巨大陨石撞击而形成。
2025年5月16日,从中国科学技术大学获悉,该校地空学院黄方团队和秦礼萍团队合作,通过对比嫦娥五号和嫦娥六号采回月壤样品的硅同位素数据,发现月球背面相比于正面有更强烈的太空风化特征。相关研究成果发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)。
2025年7月9日,中国科学院发布嫦娥六号月球样品系列研究成果,四项重磅研究以封面文章形式发表于国际学术期刊《自然》。这些成果分别揭示了月背岩浆活动、月球古磁场、月幔水含量、月幔演化特征,首次让人们得以了解月球背面的演化历史,为破解月球“二分性”之谜提供了关键证据,更刷新了人类对太阳系天体演化的认知框架。
2025年7月13日,在海拔5250米的西藏阿里地区,由中国科学院高能物理研究所牵头,联合中国科学院国家天文台、美国斯坦福大学等国内外16家科研机构共同研制,历时8年建成的阿里原初引力波探测实验一期(AliCPT-1)实现首光观测,成功获取月球和木星辐射的150GHz频段清晰图像正式发布。当前,原初引力波探测被世界公认为重大基础科学前沿,是检验宇宙起源理论的关键实验,为研究宇宙起源、验证暴胀理论及探索量子引力效应提供了独一无二的观测窗口。
2025年8月,中国科研团队通过对嫦娥六号月壤样品的高精度年代学研究,首次精确测定出月球阿波罗盆地形成于41.6亿年前,这一发现精准限定了该盆地形成的时间,将月球“撞击风暴”开始的时间点向前推进了至少1亿年,有助于推动人类重新认识地月系统的演化。在这项研究工作中,中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士领衔的科研团队,在3.5克月壤中发现了三颗大小在150微米到350微米的特殊岩石碎屑。这些岩屑是阿波罗盆地形成时产生的撞击熔融岩石,是记录撞击事件最理想的“岩石时钟”。研究团队准确测定了岩屑的年龄,同时综合遥感图像和地球化学数据等多方面的信息,最终确认岩屑记录的41.6亿年为阿波罗盆地的形成年龄。这一发现为揭示月球“后期重轰炸期”(Late Heavy Bombardment)的时间提供了关键证据,北京时间8月20日,相关成果在线发表于国际学术期刊《自然-天文学》(Nature Astronomy)。研究人员介绍,月球形成初期曾经历剧烈的小天体撞击事件,其表面广泛分布的直径超过300公里的巨型撞击盆地是最直观的地质记录。这些撞击盆地集中形成的时期被学界称为月球“后期重轰炸期”。研究人员表示,中国“嫦娥六号”采样点所在的阿波罗盆地直径约540公里,作为月球南极-艾特肯(SPA)盆地内最大的次级撞击构造,其形成年龄跟“后期重轰炸期”密切相关。
2025年8月23日消息,中国科学院广州地球化学研究所的汪程远副研究员与徐义刚院士团队,联合香港大学钱煜奇博士等,对嫦娥六号月球样品开展了系统性研究,成功揭示了月球年轻火山活动的源区特征与热驱动机制。相关成果于北京时间8月23日凌晨2点发表于国际学术期刊《科学进展》(Science Advances)。
2025年9月,中国科学院国家天文台李春来、刘建军研究员联合国内外团队利用嫦娥六号在月球表面的就位光谱探测数据已在国际学术期刊《自然—天文学》发表。嫦娥六号着陆区的探测数据显示,该区域月表水含量约为嫦娥五号着陆区的两倍。研究还发现,探测器着陆过程中,发动机羽流会将月表以下毫米至厘米级深度(次表层)的细粒月壤“翻耕”并重新分布,形成独特的温度与水含量梯度:距离着陆点越近,温度越高、水含量越低;距离越远,则温度越低、水含量越高。
2025年10月6日,国家航天局和国家原子能机构联合发布嫦娥六号月球背面样品研究最新成果。中国科学家首次基于嫦娥六号月球背面样品研究发现,月球背面月幔相比月球正面更“冷”,这一发现进一步深化了人类对月球“二分性”现象的认识,为月球正面与月球背面的月幔温度差异提供了岩石学与地球化学等科学依据,为月球演化和“二分性”特征研究提供了关键科学数据。该研究结果由中核集团核工业北京地质研究院、北京大学、山东大学合作完成,已刊发于国际顶级学术期刊《自然·地球科学》(Nature Geoscience)官网。
2025年10月消息,美国宣布计划在2029年底前将一座100千瓦级核反应堆发送至月球,以此作为重返月球并建立月球基地的关键一环。
未来展望
当前,人类的探月活动正迈向一个更加雄心勃勃的阶段——“重返月球”并建立“常驻基地”。未来的月球基地,可能利用月壤进行3D打印建造栖息地,利用技术提取水冰制造饮用水、空气和火箭燃料。月球不仅是人类迈向深空(如火星)的“试验场”和“中转站”,其独特的真空、低重力环境也是进行天文观测、基础科学研究和特殊材料制造的理想平台。可以预见,在不远的将来,月球将不再只是人类短暂拜访的远方,而可能成为人类在地球之外的第一个长期家园。
文化印记
月球在人类文化和社会生活中也有着特殊的地位和影响。不同文化和宗教中都有与月亮相关的神话、传说和仪式。
在中国文化中,月球拥有无可替代的文化地位。在神话传说里,有“嫦娥奔月”的凄美故事,月宫中有玉兔捣药、吴刚伐桂,使得月亮成为一个充满神话色彩的秘境。文学艺术上,从唐诗宋词到水墨丹青,月亮是永恒的主题。李白的“举头望明月,低头思故乡”、苏轼的“但愿人长久,千里共婵娟”,都将月亮与思乡、团圆的情感紧密相连。在节日习俗方面,农历八月十五的中秋节是专为月亮设立的节日,核心活动便是家人团聚、赏月与品尝月饼,此习俗流传至今,已成为中华民族重要的文化标识。
在世界其他文化中,月球的形象同样丰富多彩。在古希腊神话中,月亮与三位神祇相关:代表月亮的塞勒涅,同时也是狩猎与荒野的阿尔忒弥斯,以及掌管魔法与阴间的赫卡忒。在日本文化中,有“辉夜姬”的传说,一位来自月亮的公主最终回到了月球。印度教则崇拜月神苏摩,他掌管祭祀、植物与生命之水。在伊斯兰文化中,阴历月份的计算完全依赖月相变化,开斋节等重要节日的日期均由观测新月决定。西方的“狼人”传说也与满月密切相关。
纵观人类文明,月球超越了地域与民族的界限,既是天文实体,更是人类共同的文化符号,承载着人们对神秘宇宙的想象以及对美好生活的寄托。
最新修订时间:2025-12-30 16:54
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